做功改變物體內能實驗的設計

摘 要本文詳細介紹了利用獸用塑料注射器、熱敏溫度計等器材設計、制作“做功改變物體內能”的實驗裝置及其實驗方法。

關鍵詞 做功；改變內能；注射器；熱敏溫度計

中圖分類號：G40-057文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）06－0023-02

Design of Changing Object Internal Energy Experiment by Doing Work//Zhang Yujing

Abstract The paper introduces in detail that design and making the experiment device sa well as method， by using equipment， such as animal plastic injector， heat thermometer etc.

Key words doing work; changing internal energy; injector; heat thermometer

Author's address Quhetou Central School， Yutian， Hebei 064107

理論和實驗表明，改變物體內能的方式有兩種：做功和熱傳遞。現實生活中有許多實例可以證實熱傳遞可以改變物體的內能。那么，如何用簡便易行的實驗證明做功改變物體的內能呢？我們未采用教科書中介紹的傳統實驗方法，而是用熱敏溫度計作為測溫儀器，用50ml獸用塑料注射器作為主要實驗器械成功地進行了該項實驗，教學效果較好。筆者現將實驗裝置的設計過程及實驗方法介紹如下：

1材料及用品

熱敏溫度計，獸用塑料注射器（50ml）1支，3號橡膠塞1個，鐵板（3×20×65mm）2塊，長150mm的螺絲桿2根，螺絲母、鐵圈墊4個，小刀，打孔器，電鉆或手搖鉆。

2制作過程

2.1材料加工

①給鐵板鉆孔取兩塊厚鐵板，用電鉆或手搖鉆在每一塊厚鐵板上用電鉆分別打三個小孔，其中兩端孔的直徑為5mm，中間孔的直徑7mm（如圖1所示）。

②給注射器握柄上打孔

在注射器握柄的兩側分別用電鉆或手搖鉆打一個直徑5mm的小孔（如圖2所示）。

③橡膠塞的加工

取一個3號橡膠塞，用打孔器從橡膠塞的小頭端的中間向內打孔（直徑為7mm），當打進7mm時取下打孔器，用小刀將塞心周圍部分割掉（如圖3所示）。

2.2儀器組裝

①取下注射器上握柄及其注射栓，向注射器的注射筒內裝入熱敏溫度計的探頭。

②將注射器內探頭上的細導線從加工后的橡膠塞細端穿入，并從大頭端穿出，然后將橡膠塞塞在注射器注射筒的下口處（如圖4所示，此時塞的不要太緊，以便調節注射器內注射栓的位置）。

③將注射器上的握柄、注射栓、一個三孔鐵板及其壓把裝在注射筒上，調節注射桿上的螺絲母使注射栓處在恰當位置（如圖5所示），給注射筒內的熱敏溫度計的探頭留下足夠的空間，以防擠壓注射筒內的氣體時將探頭壓損。

④取另一塊鐵板放在注射器注射筒的下口處，使橡膠塞上的導線穿過鐵板上的中間孔，然后，將橡膠塞塞緊在注射器注射筒的下口處。

⑤將兩根螺絲桿分別穿過注射器上下兩鐵板的邊孔，然后分別墊上鐵圈墊并擰緊螺絲母。

⑥將從橡膠塞中心穿出的探頭導線與熱敏溫度計上的輸出導線連接好后整個裝置就制作成功了（如圖6所示）。

3實驗方法

閉合熱敏溫度計的開關，用右手食指和中指勾住注射器的握柄，用手掌用力下壓注射桿上的壓把，當活塞向下壓縮到最大限度時，可觀察到熱敏溫度計的示數從25.5 0C變為26.10 0C，使系統的溫度升高了0.6 0C。由此說明，外界對氣體做功可使氣體內能增加；此時松開手掌，氣體將活塞向上推動一段距離，又可見熱敏溫度計的示數逐漸下降，當示數穩定后又達到原來的室溫。由此說明，系統對外做功，其內能減少。

4實驗優點及其說明

4.1優點

該實驗取材容易，制作簡單，操作方便，現象明顯，有助于培養學生的觀察能力、創新能力及其學習興趣。此外，該實驗通過熱敏溫度計的示數窗的示數變化來觀察壓縮氣體的溫度變化，不僅直觀性好，而且大大提高了可見度，加深了學生對該實驗的印象及其知識點的理解。

4.2說明

①塞在注射筒下口處的橡膠塞要塞緊，以防實驗時系統漏氣，造成實驗失敗。

②注射器注射桿上的調節螺絲母的位置要合適，否則容易將熱敏溫度計的探頭被注射器的注射栓壓損或造成壓力不夠使熱敏溫度計的示數變化不太明顯，從而導致實驗效果不佳。